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·半导体届的金科玉律——摩尔定律

8086处理器可以说是英特尔最具历史地位的产品,那么英特尔最有标志性的技术呢?那就得说摩尔定律了——仙童半导体工程师戈登·摩尔在1965年的《电子学杂志》发表了一篇文章,他预测半导体芯片上的晶体管数量会以每年翻倍的速度增长,这个规律被人称为摩尔定律,由于技术不断变化,1975年摩尔将摩尔定律改为每24个月晶体管数量翻倍,并一直沿用至今。

英特尔联合创始人戈登·摩尔2015年回公司参加摩尔定律50周年庆典

摩尔定律问世比英特尔创立还早,但是戈登·摩尔在1968年就离开仙童半导体,与罗伯特·诺伊斯一起创建了英特尔公司,因此摩尔定律也变成了英特尔公司的一部分,这个定律在随后的数十年里指导着半导体业界的发展,大家可以看下半导体制程工艺的进展,不论是90nm到65nm,还是45nm到32nm,没每一代工艺的线宽数值都是前代工艺的0.7倍,而半导体工艺是平面的,因此新一代工艺晶体管面积就是之前的0.49倍,正好晶体管密度翻倍。

值得一提的是,英特尔其他几位创始人都已经离世,戈登·摩尔依然健在,他不仅参加了2015年的摩尔定律50周年庆典,今年的英特尔50周年庆典上他也是重要嘉宾。

英特尔1103——英特尔开发了世界首款DRAM内存

虽然现在大家都知道英特尔是一家处理器公司,但是他们最初可不是做处理器的,而是做存储芯片的,因1969年4月份他们推出了第一款产品——3101,这是一款64位的SRAM芯片。英特尔1970年又推出了1101 SRAM芯片,这是首个金属氧化物(MOS)工艺的SRAM芯片。

首款DRAM内存芯片1103

如今的处理器中已经集成了SRAM芯片,当年的SRAM芯片都是独立存在的,而在SRAM之外,英特尔还在1970年开发出了世界上首个内存芯片——C1103,容量只有1Kb。别看容量小,但在当时可不低了,之后1103内存大获成功,在惠普9800系列电脑上大量应用,到了1972年1103已经是全球销量最好的DRAM内存芯片了,击败了当时的磁芯DRAM内存,英特尔当年获得了2300万美元的营收,而到了1974年C1103芯片的市场占有率达到82.9%。

不过英特尔C1103芯片的大获成功也引来更多竞争者,当年的半导体芯片都很简单,C1103发布没多久就遭到了其他厂商的复制,TI德仪就逆向破解C1103芯片从而在1971年推出看2K容量的DRAM芯片,1973年又推出了4K容量的芯片,开始跟英特尔正面竞争。

德仪及其他公司的竞争又引来了日本公司,后者推出了更廉价的内存芯片,导致市场竞争日趋激烈,也逼得英特尔要另寻市场。

·通用处理器的始祖——英特尔4004

在推出SRAM及DRAM芯片的同时,英特尔1971年推出了第一款处理器4004,这是一款4位处理器,它不是英特尔为自己需求开发的,而是给日本Busicom公司的141-P桌面计算器定制的,英特尔首次把计算单元、内存芯片整合到一个集成电路上,每秒运算6万次,频率为1.08MHz。

也许是预感到了通用处理器未来的潜力,英特尔公司随后花了6万美元买回了4004处理器的授权,还把Busicom公司协助开发4004的日本籍工程师挖到了英特尔公司,随后英特尔又在1972年研发了8008处理器,这是一款8位处理器,并首次使用了处理器指令集。

1974年8080处理器横空出世,集成了4500个晶体管,每秒运算29万次,性能是前代8008的10倍多,但它更重要的价值是首次带来真正意义上的通用处理器体系,这也为以后的8086处理器奠定了基础。

Pentium处理器登场——奔腾时代开始了

自从8086处理器成为当时的标准之后,英特尔又先后推出了80286、80386及80486处理器,性能不断提升,不过英特尔的烦恼也不少,因为当时逆向仿制英特尔处理器的公司太多了,除了AMD是拿到了正规X86授权的,其他如摩托罗拉、Cryix、国家半导体等公司都是逆向破解英特尔处理器,然后用更低的售价来跟英特尔抢市场。

英特尔当时想申请X86的商标,但是数字不能被申请为商标,所以英特尔在1993年推出了Pentium处理器,其中的Pen就是拉丁文中的“5”的意思,ium则是化学元素常用的结尾,它的中文名叫做奔腾,这个名字不论音译还是意译都很有意思,当然了很多人习惯性叫第一代奔腾处理器为586,只不过这可不是官方叫法。

第一代Pentium处理器架构代号P5,频率有50、60、66Hz,晶体管数量310万个,制程工艺为0.8um,核心面积294mm2。后续又衍生出了多种产品,包括Pentium MMX、Pentium Pro、Pentium Mobile等等。

半导体工艺——英特尔领先的关键因素

英特尔的创始人提出了半导体业界的黄金定律——摩尔定律,英特尔也是一直是摩尔定律最坚定的维护者,那么英特尔是靠这么来支撑这个定律的呢?那就是英特尔先进的半导体制造技术,最初成立时英特尔也是需要别的晶圆厂加工芯片,随着业务的不断增加,英特尔1972年在马来西亚槟城设立了第一座晶圆厂,英特尔386时代以来又在美国、以色列、爱尔兰等地建设新的晶圆厂,又在中国、哥斯达黎加、越南等地设立了封装厂,形成了遍布全球的晶圆生产、封装测试能力。

除了掌握设计、生产、封装全产业链优势之外,英特尔在半导体制造工艺上一直是领先其他公司的,被誉为地球上最先进的半导体工艺。在这方面,英特尔前几年提出的Tick-Tock战略最为明显,一年升级处理器架构,下一年则升级处理器工艺,类似钟摆的滴答声,两年一个周期,间隔升级工艺与架构。

英特尔制程工艺上的领先优势在22nm 3D晶体管工艺上达到了巅峰,当年IVB正好处于Tick工艺升级阶段,它使用的就是22nm 3D晶体管工艺,由于优异的性能,英特尔称其为Tick+,意味着它超出了正常的水平。

英特尔说的3D晶体管工艺就是现在业界再用的FinFET鳍式晶体管,英特尔在2012年量产FinFET工艺的IVB处理器,三星最早量产14nm FinFET工艺的时间是2014年,台积电要更晚一些,英特尔的领先时间确实有两年之久。

不过在14nm节点及之后工艺上,英特尔工艺升级的速度就慢下来了,被台积电、三星反超,但是英特尔在技术上依然有优势,其10nm工艺的晶体管密度达到了每平方毫米1亿个,这个水平相当于三星、台积电的7nm工艺,所以说英特尔在技术水平上还是有底气的。

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